第一篇：熱電偶溫度傳感器信號調(diào)理電路設(shè)計(jì)與仿真介紹

電子工藝設(shè)計(jì)

錄

第1章 緒 論.........................................................................................................1 1.1 課題背景與意義..........................................................................................1 1.2 設(shè)計(jì)目的與要求..........................................................................................1 1.2.1 設(shè)計(jì)目的...........................................................................................1 1.2.2 設(shè)計(jì)要求...........................................................................................1 第2章 設(shè)計(jì)原理與內(nèi)容...........................................................................................2

2.1 熱電偶的種類及工作原理.............................................................................3

2.1.1熱電偶的種類....................................................................................3

2.1.2 工作原理分析....................................................................................4

2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容......................................................................................................4 2.2.1 總體設(shè)計(jì)...........................................................................................4 2.2.2 原理圖設(shè)計(jì).......................................................................................5 2.2.3 可靠性和抗干擾設(shè)計(jì).......................................................................7 第3章 器件選型與電路仿真...................................................................................8 3.1 器件選型說明..............................................................................................8 3.2 電路仿真......................................................................................................8 第4章 設(shè)計(jì)心得與體會...........................................................................................9 參考文獻(xiàn).....................................................................................................................10 附錄1：電路原理圖...................................................................................................11 附錄2：PCB圖............................................................................................................11 附錄3：PCB效果圖....................................................................................................11

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第1章 緒 論

1.1 課題背景與意義

溫度是一個(gè)基本的物理量，在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)研究中，如機(jī)械、食品、化工、電力、石油、等領(lǐng)域，溫度常常是表征對象和過程狀態(tài)的重要參數(shù)，溫度傳感器是最早開發(fā)、應(yīng)用最廣的一類傳感器。本設(shè)計(jì)中正是關(guān)于溫度的測量，采用熱電偶溫度測量具有很多的好處，它具有結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，測量范圍廣，精度高，慣性小和輸出信號便于遠(yuǎn)傳等許多優(yōu)點(diǎn)。

同時(shí)，熱電偶作為有源傳感器，測量時(shí)不需外加電源，使用十分方便，所以常在日常生活中被應(yīng)用，如測量爐子，管道內(nèi)的氣體或液體溫度及固體的表面溫度。熱電偶作為一種溫度傳感器，通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。熱電偶可直接測量各種生產(chǎn)中從0℃到1300℃范圍的液體蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。

1.2 設(shè)計(jì)目的與要求 1.2.1 設(shè)計(jì)目的

(1)了解常用電子元器件基本知識（電阻、電容、電感、二極管、三極管、集成電路）；(2)了解印刷電路板的設(shè)計(jì)和制作過程；(3)掌握電子元器件選型的基本原理和方法；

(4)了解電路焊接的基本知識和掌握電路焊接的基本技巧；

(5)掌握熱電偶溫度傳感器信號調(diào)理電路的設(shè)計(jì)，并利用仿真軟件進(jìn)行電路的調(diào)試。

1.2.2 設(shè)計(jì)要求

選用熱電偶溫度傳感器進(jìn)行溫度測量，要求測溫范圍100-300℃、精度為0.1℃。設(shè)計(jì)傳感器的信號調(diào)理電路，實(shí)現(xiàn)以下要求：

（1）將傳感器輸出4.096-12.209mV的信號轉(zhuǎn)換為0-5V直流電壓信號；（2）對信號調(diào)理電路中采用的具體元器件應(yīng)有器件選型依據(jù)；（3）電路的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)考慮可靠性和抗干擾設(shè)計(jì)內(nèi)容；（4）電路的基本工作原理應(yīng)有一定說明；

（5）電路應(yīng)當(dāng)在相應(yīng)的仿真軟件上進(jìn)行仿真以驗(yàn)證電路可行性

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第2章 設(shè)計(jì)原理與內(nèi)容

2.1 熱電偶的種類及工作原理 2.1.1 熱電偶種類

1、K型熱電偶鎳鉻

Ｋ型熱電偶是抗氧化性較強(qiáng)的賤金屬熱電偶，可測量0～1300℃的介質(zhì)溫度，適宜在氧化性及惰性氣體中連續(xù)使用，短期使用溫度為1200℃，長期使用溫度為1000℃，其熱電勢與溫度的關(guān)系近似線性，是目前用量最大的熱電偶。然而，它不適宜在真空、含硫、含碳?xì)夥占把趸€原交替的氣氛下裸絲使用；當(dāng)氧分壓較低時(shí)，鎳鉻極中的鉻將擇優(yōu)氧化，使熱電勢發(fā)生很大變化，但金屬氣體對其影響較小，因此，多采用金屬制保護(hù)管。Ｋ型熱電偶缺點(diǎn)：

(1)熱電勢的高溫穩(wěn)定性較Ｎ型熱電偶及貴重金屬熱電偶差，在較高溫度下(例如超過1000℃)往往因氧化而損壞；

(2)在250～500℃范圍內(nèi)短期熱循環(huán)穩(wěn)定性不好，即在同一溫度點(diǎn)，在升溫降溫過程中，其熱電勢示值不一樣，其差值可達(dá)2～3℃；

(3)其負(fù)極在150～200℃范圍內(nèi)要發(fā)生磁性轉(zhuǎn)變，致使在室溫至230℃范圍內(nèi)分度值往往偏離分度表，尤其是在磁場中使用時(shí)往往出現(xiàn)與時(shí)間無關(guān)的熱電勢干擾；

(4)長期處于高通量中系統(tǒng)輻照環(huán)境下，由于負(fù)極中的錳(Ｍn)、鈷(CO)等元素發(fā)生蛻變，使其穩(wěn)定性欠佳，致使熱電勢發(fā)生較大變化。

2、S型熱電偶

該熱電偶的正極成份為含銠10%的鉑銠合金，負(fù)極為純鉑。其特點(diǎn)是：

(1)熱電性能穩(wěn)定、抗氧化性強(qiáng)、宜在氧化性氣氛中連續(xù)使用、長期使用溫度可達(dá)1300℃ 超達(dá)1400℃時(shí)，即使在空氣中、純鉑絲也將會再結(jié)晶，使晶粒粗大而斷裂；(2)精度高，在所有熱電偶中準(zhǔn)確度等級最高，通常用作標(biāo)準(zhǔn)或測量較高溫度；(3)使用范圍較廣，均勻性及互換性好；

(4)主要缺點(diǎn)有：微分熱電勢較小，因而靈敏度較低；價(jià)格較貴，機(jī)械強(qiáng)度低，不適宜在原

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性氣氛或有金屬蒸汽的條件下使用。

3、E型熱電偶(鎳鉻－銅鎳[康銅]熱電偶)Ｅ型熱電偶為一種較新產(chǎn)品，正極為鎳鉻合金，負(fù)極為銅鎳合金(康銅)。其最大特是 在常用的熱電偶中，其熱電勢最大，即靈敏度最高；它的應(yīng)用范圍雖不及Ｋ型偶廣泛但要 求靈敏度高、熱導(dǎo)率低、可容許大電阻的條件下，常常被選用；使用中的限制條件與型相 同，但對于含有較高濕度氣氛的腐蝕不很敏感。

4、N型熱電偶(鎳鉻硅－鎳硅熱電偶)

該熱電偶的主要特點(diǎn)：在1300℃以下調(diào)溫抗氧化能力強(qiáng)，長期穩(wěn)定性及短期熱循環(huán)復(fù)現(xiàn)性好，耐核輻射及耐低溫性能好，另外，在400～1300℃范圍內(nèi)，Ｎ型熱電偶的熱電特性的線性比Ｋ型偶要好；但在低溫范圍內(nèi)(-200～400℃)的非線性誤差較大，同時(shí)，材料較 硬難于加工。

5、J型熱電偶(鐵－康銅熱電偶)

J 型熱電偶：該熱電偶的正極為純鐵，負(fù)極為康銅(銅鎳合金)，具特點(diǎn)是價(jià)格便宜,適 用于真空氧化的還原或惰性氣氛中，溫度范圍從-200～800℃，但常用溫度只在500℃以下，因?yàn)槌^這個(gè)溫度后，鐵熱電極的氧化速率加快，如采用粗線徑的絲材，尚可在高溫中使用且有較長的壽命；該熱電偶能耐氫氣(Ｈ2)及一氧化碳(ＣＯ)氣體腐蝕，但不能在高溫(例如500℃)含硫(Ｓ)的氣氛中使用。

6、T型熱電偶(銅－銅鎳熱電偶)

T型熱電電偶：該熱電偶的正極為純銅，負(fù)極為銅鎳合金(也稱康銅)，其主要特點(diǎn)是： 在賤金屬熱電偶中，它的準(zhǔn)確度最高、熱電極的均勻性好；它的使用溫度是-200～350℃，因銅熱電極易氧化，并且氧化膜易脫落，故在氧化性氣氛中使用時(shí)，一般不能超過300℃，在-200～300℃范圍內(nèi)，它們靈敏度比較高，銅－康銅熱電偶還有一個(gè)特點(diǎn)是價(jià)格便宜，是 常用幾種定型產(chǎn)品中最便宜的一種。

7、R型熱電偶(鉑銠13－鉑熱電偶)該熱電偶的正極為含13%的鉑銠合金，負(fù)極為純鉑，同S 型相比，它的電勢率大15% 左右，其它性能幾乎相同，該種熱電偶在日本產(chǎn)業(yè)界，作為高溫?zé)犭娕加玫米疃?，而在中國，則用得較少。

熱電偶通常分為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶兩類。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶是指制造工藝比

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較成熟，應(yīng)用廣泛，能成批生產(chǎn)，性能優(yōu)良而穩(wěn)定，并以利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化元件中的那些熱電偶。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶具有統(tǒng)一的分度表，常見的七種標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是R型、S型、B型、K型、E型、J型、T型。N型熱電偶為廉金屬熱電偶，是一種最新國際標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶。

2.1.2 工作原理分析

熱電溫度計(jì)是由熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線及測量儀表構(gòu)成的。其中熱電偶是敏感元件, 它由兩種不同的導(dǎo)體A 和B 連接在一起, 構(gòu)成一個(gè)閉合回路, 當(dāng)兩個(gè)連接點(diǎn)1 與2 的溫度不同時(shí), 由于熱電效應(yīng),回路中就會產(chǎn)生零點(diǎn)幾到幾十毫伏的熱電動(dòng)勢, 記為EAB。接點(diǎn)1 在測量時(shí)被置于測場所, 故稱為測量端或工作端。接點(diǎn)2 則要求恒定在某一溫度下,稱為參考端或自由端, 如圖1 所示。

實(shí)驗(yàn)證明, 當(dāng)電極材料選定后, 熱電偶的熱電動(dòng)勢僅與兩個(gè)接點(diǎn)的溫度有關(guān), 即.比例系數(shù)SAB 稱為熱電動(dòng)勢率, 它是熱電偶最重要的特征量。當(dāng)兩接點(diǎn)的溫度分別為t1 , t2 時(shí), 回路總的熱電動(dòng)勢為 , 式中eAB(t1)、eAB(t2)分別為接點(diǎn)的分熱電動(dòng)勢。

對于已選定材料的熱電偶, 當(dāng)其自由端溫度恒定時(shí), eAB(t2)為常數(shù), 這樣回路總的熱電動(dòng)勢僅為工作溫度t1 的單值函數(shù)。所以, 通過測量熱電動(dòng)勢的方法就可以測量工作點(diǎn)的實(shí)際溫度

圖 1 熱電偶原理圖

2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 2.2.1 總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)需要測量溫度為100到300度，選用K型熱電偶，在將測量所得電壓進(jìn)行放大

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處理。

K型熱電偶作為一種溫度傳感器，K型熱電偶通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。K型熱電偶可以直接測量各種生產(chǎn)中從0℃到1300℃范圍的液體蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。

K型熱電偶通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線盒等主要部件組成。K型熱電偶是目前用量最大的廉金屬熱電偶，其用量為其他熱電偶的總和。K型熱電偶絲直徑一般為1.2～4.0mm。正極（KP）的名義化學(xué)成分為：Ni：Cr=92：12，負(fù)極（KN）的名義化學(xué)成分為：Ni：Si=99：3，其使用溫度為-200~1300℃。K型熱電偶具有線性度好，熱電動(dòng)勢較大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強(qiáng)，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，能用于氧化性惰性氣氛中廣泛為用戶所采用。K型熱電偶不能直接在高溫下用于硫，還原性或還原，氧化交替的氣氛中和真空中，也不推薦用于弱氧化氣氛.，熱電偶測量輸出的信號為4.096-12.209mV，我們用信號調(diào)理電路將其轉(zhuǎn)換為0-5V直流電壓信號

此信號調(diào)理電路由一個(gè)減法放大器和一個(gè)同相比例放大器組成，減法放大器一端電壓接4.096 mV，這樣在經(jīng)過減法器的時(shí)候電壓變化范圍就會變成4.096-8.113mV，再由比例放大器輸出，就會得到0-5V直流電壓信號.2.2.2 原理圖設(shè)計(jì)

同相輸入放大電路如圖2所示，信號電壓通過電阻RS加到運(yùn)放的同相輸入端，輸出電壓vo通過電阻R1和Rf反饋到運(yùn)放的反相輸入端，構(gòu)成電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路。

根據(jù)虛短、虛斷的概念有vN= vP= vS，i1=if

于是求得所以該電路實(shí)現(xiàn)同相比例運(yùn)算。同相比例運(yùn)算電路的特點(diǎn)如下 1.輸入電阻很高，輸出電阻很低。

2.由于vN= vP= vS，電路不存在虛地，且運(yùn)放存在共模輸入信號，因此要求運(yùn)放有較高的共模抑制比。

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圖 2 同相比例放大電路

差分式減法運(yùn)算電路

電路原理：差分式減法運(yùn)算電路是利用一級運(yùn)放實(shí)現(xiàn)的電路，圖1所示。要進(jìn)行運(yùn)算的兩路信號分別由運(yùn)放的同相和反相輸入端送入，這是一種差分輸入方式。由于存在著負(fù)反饋，電路屬于線性電路，因此，可以利用疊加定理分析求解電路輸出電壓與輸入電壓之間關(guān)系。

圖3 減法電路圖

當(dāng)令ui1單獨(dú)作用時(shí)，ui2=0，電路實(shí)質(zhì)是一個(gè)反相輸入比例電路，如圖所示，輸出端電壓

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uo1=-R3*ui1/R2(2-2-1)電阻R2//R3，只起平衡作用，不影響電路輸入輸出關(guān)系。當(dāng)u2單獨(dú)作用時(shí)，令ui1=0,此時(shí)電路實(shí)質(zhì)是所分析的同相輸入比例電路。分析結(jié)果得：

uo2=(1+R3/R2)*Rf*ui2/(R+Ri)(2-2-2)最后，利用疊加定理就可以求出輸入信號ui1和ui2共同作用時(shí)，輸出電壓為 uo=uo1+uo2=-R3*ui1/R2+R3*ui2/R2=R3(ui2-ui1)/R2(2-2-3)若取R3=R2，則有 uo=ui2-ui1從而實(shí)現(xiàn)對輸入信號的減法運(yùn)算。減法運(yùn)算也可以看成是對兩個(gè)輸入信號的差進(jìn)行放大，所以此電路也廣泛應(yīng)用于自動(dòng)檢測儀器中，實(shí)現(xiàn)對輸入信號的檢測。

2.2.3 可靠性和抗干擾設(shè)計(jì)

抗干擾的應(yīng)用包括避免強(qiáng)磁場，補(bǔ)償導(dǎo)線加屏蔽動(dòng)力電纜，與信號線、分開布線、保持距離。系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的原因有很多，在工業(yè)生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和控制需要用到各種自動(dòng)化儀表、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它們之間的信號傳輸既有微弱到毫伏級、微安級的小信號，又有幾十伏，甚至數(shù)千伏、數(shù)百安培的大信號；既有低頻直流信號，也有高頻脈沖信號等等，構(gòu)成系統(tǒng)后往往發(fā)現(xiàn)在儀表和設(shè)備之間信號傳輸互相干擾，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至誤操作。出現(xiàn)這種情況除了每個(gè)儀表、設(shè)備本身的性能原因如抗電磁干擾影響外，還有一個(gè)十分重要的因素就是由于儀表和設(shè)備之間的信號參考點(diǎn)之間存在電勢差，因而形成“接地環(huán)路”造成信號傳輸過程中失真。因此，要保證系統(tǒng)穩(wěn)定和可靠的運(yùn)行，“接地環(huán)路”問題是在系統(tǒng)信號處理過程中必須解決的問題。解決“接地環(huán)路”的方法 根據(jù)理論和實(shí)踐分析，有三種解決方案： 第一種方案：所有現(xiàn)場設(shè)備不接地，使所有過程環(huán)路只有一個(gè)接地點(diǎn)，不能形成回路，這種方法看似簡單，但在實(shí)際應(yīng)用中往往很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槟承┰O(shè)備要求必須接地才能保證測量精度或確保人生安全，某些設(shè)備可能因?yàn)殚L期遭到腐蝕和磨損后或氣候影響而形成新的接地點(diǎn)。第二種方案：使兩接地點(diǎn)的電勢相同，但由于接地點(diǎn)的電阻受地質(zhì)條件及氣候變化等眾多因素的影響，這種方案其實(shí)在實(shí)際中無法完全能做到。第三種方案：在各個(gè)過程環(huán)路中使用信號隔離方法，斷開過程環(huán)路，同時(shí)又不影響過程信號的正常傳輸，從而徹底解決接地環(huán)路問題

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第3章 器件選型與電路仿真

3.1 器件選型說明

在熱電偶測溫傳感器信號調(diào)理電路中，用到了電阻、集成運(yùn)算放大器等。具體如下表所示：

表1所用元器件清單表

器件類型 K型熱電偶 電阻 放大器

數(shù)量 1 6 2

單價(jià) 128.00 0.02 2.60

合計(jì) 128.00 0.12 5.20 3.2 電路仿真

Proteus電路仿真軟件功能非常強(qiáng)大，在電路設(shè)計(jì)中，能夠直觀有效的觀察電路的運(yùn)行狀態(tài)，工作點(diǎn)和電路參數(shù)，利用仿真來調(diào)整電路參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)目的，有事半功倍的效果，尤其在單片機(jī)程序調(diào)試過程中，無需搭建實(shí)驗(yàn)電路板，能夠跟Keil C單片機(jī)程序開發(fā)軟件直接聯(lián)調(diào)，方便快捷的調(diào)試單片機(jī)的程序，進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)，在儀器的開發(fā)設(shè)計(jì)中，能夠有效地提高效率，減少試驗(yàn)成本，縮短開發(fā)周期。根據(jù)電路原理，將信號放大電路、溫度采集電路、模擬開關(guān)，統(tǒng)一設(shè)計(jì)在一個(gè)電路原理圖中。使用proteus軟件的仿真功能，得到如圖4-1所示：

4-1總體電路圖

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第4章 設(shè)計(jì)心得與體會

本次課程設(shè)計(jì)我們的選題是熱電偶溫度傳感器信號調(diào)理電路設(shè)計(jì)與仿真，通過本周的課程設(shè)計(jì)。我對電子元器件基本知識（電阻、電容、電感、二極管、三極管、集成電路）有了更多的了解，增長了知識也對自己所學(xué)的知識有了新的認(rèn)識，同時(shí)也可以真的切實(shí)的將所學(xué)的知識應(yīng)用到實(shí)踐當(dāng)中，這讓我對所學(xué)的課程知識和軟件的認(rèn)知更加深刻，了解了如何利用仿真軟件進(jìn)行簡單的電路的調(diào)試，通過本次課設(shè)，我深刻意識到紙上談兵對知識的認(rèn)知終究只能停留在表面，只有通過實(shí)驗(yàn)才能對知識有更好更深刻的理解與感悟。很高興我能有這個(gè)機(jī)會和大家共同交流學(xué)習(xí)，從中學(xué)到了很多。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)自己對于軟件使用方面仍有不足，在今后應(yīng)該加強(qiáng).-10-

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參考文獻(xiàn)

[1]徐德炳譯，《傳感器的接口及信號調(diào)理電路》，北京：國防工業(yè)出版社，1984年 [2]劉宏，《電子工藝實(shí)習(xí)》，廣州：華南理工大學(xué)出版社，2009年 [3]俞雅珍，《電子工藝技術(shù)》，上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2007年 [4]康華光，《模擬電子技術(shù)》，北京：高等教育出版社，2004年

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附錄1：電路原理圖

附錄2：PCB圖

附錄3：PCB效果圖

第二篇：傳感器信號調(diào)理電路

傳感器信號調(diào)理電路

傳感器信號調(diào)理電路

信號調(diào)理往往是把來自傳感器的模擬信號變換為用于數(shù)據(jù)采集、控制過程、執(zhí)行計(jì)算顯示讀出和其他目的的數(shù)字信號。模擬傳感器可測量很多物理量，如溫度、壓力、力、流量、運(yùn)動(dòng)、位置、PH、光強(qiáng)等。通常，傳感器信號不能直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，這是因?yàn)閭鞲衅鬏敵鍪窍喈?dāng)小的電壓、電流或電阻變化，因此，在變換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)之前必須進(jìn)行調(diào)理。調(diào)理就是放大，緩沖或定標(biāo)模擬信號，使其適合于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的輸入。然后，ADC對模擬信號進(jìn)行數(shù)字化，并把數(shù)字信號送到微控制器或其他數(shù)字器件，以便用于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理。此鏈路工作的關(guān)鍵是選擇運(yùn)放，運(yùn)放要正確地接口被測的各種類型傳感器。然后，設(shè)計(jì)人員必須選擇ADC。ADC應(yīng)具有處理來自輸入電路信號的能力，并能產(chǎn)生滿足數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分辨率、精度和取樣率的數(shù)字輸出。

傳感器

傳感器根據(jù)所測物理量的類型可分類為：測量溫度的熱電偶、電阻溫度檢測器(RTD)、熱敏電阻；測量壓力或力的應(yīng)變片；測量溶液酸堿值的PH電極；用于光電子測量光強(qiáng)的PIN光電二極管等等。傳感器可進(jìn)一步分類為有源或無源。有源傳感器需要一個(gè)外部激勵(lì)源(電壓或電流源)，而無源傳感器不用激勵(lì)而產(chǎn)生自己本身的電壓。通常的有源傳感器是RTD、熱敏電阻、應(yīng)變片，而熱電偶和PIN二極管是無源傳感器。為了確定與傳感器接口的放大器所必須具備的性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)人員必須考慮傳感器如下的主要性能指標(biāo)：

·源阻抗

——高的源阻抗大于100KΩ

——低的源阻抗小于100Ω

·輸出信號電平

——高信號電平大于500mV滿標(biāo)

——低信號電平大于100mV滿標(biāo)

·動(dòng)態(tài)范圍

在傳感器的激勵(lì)范圍產(chǎn)生一個(gè)可測量的輸出信號。它取決于所用傳感器類型。

放大器功用

放大器除提供dc信號增益外，還緩沖和定標(biāo)送到ADC之前的傳感器輸入。放大器有兩個(gè)關(guān)鍵職責(zé)。一個(gè)是根據(jù)傳感器特性為傳感器提供合適的接口。另一個(gè)職責(zé)是根據(jù)所呈現(xiàn)的負(fù)載接口ADC。關(guān)鍵因素包括放大器和ADC之間的連接距離，電容負(fù)載效應(yīng)和ADC的輸入阻抗。

選擇放大器與傳感器正確接口時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須使放大器與傳感器特性匹配。可靠的放大器特性對于傳感器——放大器組合的工作是關(guān)鍵性的。例如，PH電極是一個(gè)高阻抗傳感器，所以，放大器的輸入偏置電流是優(yōu)先考慮的。PH傳感器所提供的信號不允許產(chǎn)生任何相當(dāng)大的電流，所以，放大器必須是在工作時(shí)不需要高輸入偏置電流的型號。具有低輸入偏置電流的高阻抗MOS輸入放大器是符合這種要求的最好選擇。另外，對于應(yīng)用增益帶寬乘積(GBP)是低優(yōu)先考慮，這是因?yàn)閭鞲衅鞴ぷ髟诘皖l，而放大器的頻率響應(yīng)不應(yīng)該妨礙傳感器信號波形的真正再生。

傳感器和放大器匹配電路

PH電極緩沖器

高阻抗PH傳感器可與具有低功率電路(僅需要2個(gè)1.5V電池供電)的放大器配對。放大器MOS輸入晶體管為傳感器提供高阻抗，傳感器輸出阻抗為1MW或更大。此放大器的輸入偏置電流小于1pA，所以，放大器工作消耗非常小的電流。放大器的失調(diào)電壓小于1mV。放大器提供軌到軌工作并具有高驅(qū)動(dòng)能力，能在長線上發(fā)送信號(放大器遠(yuǎn)離ADC的情況)。在電路中增加了一個(gè)精密溫度傳感器，可以測量PH傳感器的溫度。這使得具有精確的PH溫度補(bǔ)償值。

完整的傳感器橋接口

·測量應(yīng)變片傳感器通常要通過橋網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)變片構(gòu)成橋的兩個(gè)(或4個(gè))臂。應(yīng)變片是低源阻抗器件，其輸出信號范圍是小的(幾百微伏~幾毫伏)。圖3所示的電路能為精確測量傳感器信號提供測量橋穩(wěn)定激勵(lì)電壓和高共模電壓抑制(CMR)，消除了任何共模電壓。用高精度和非常低漂移(隨溫度)的精密電壓基準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)放大器A1。這可為橋提供非常精確、穩(wěn)定的激勵(lì)源。因?yàn)楣材ｋ妷捍蠹s為激勵(lì)電壓的一半，所以被測信號僅僅是橋臂之間小的差分電壓。放大器A2、A3、A4必須提供高共模抑制比(CMRR)，所以僅測量差分電壓。這些放大器也必須具有低值輸入失調(diào)電壓(VOS)漂移(也稱之為失調(diào)電壓溫度系數(shù)TCVOS)和輸入偏置電流，以使得從傳感器能精確地讀數(shù)。放大器A1~A4連接成儀表放大器以達(dá)到上述目標(biāo)。這種配置的電壓增益(AV)為：AV=(1+2R2/bR2)(aR1/R1)，其中a和b是確定總增益的比值。

輻射分析儀通道

輻射譜測量來自輻射源的發(fā)射能量的分布，輻射源可以是粒子，X射線或γ射線。輻射照到閃光晶體上并發(fā)射強(qiáng)度正比于能量的短脈沖。然后由PIN光電二極管把光轉(zhuǎn)換為電流。放大器(見圖4)用做首置放大器和PIN光電二極管輸出的電流/電壓轉(zhuǎn)換器。此電路為用于基本輻射譜的單通道分析儀。信號的脈沖幅度包含重要信息，所以低輸入失調(diào)電壓和低失調(diào)電壓漂移是重要的。寬帶寬為處理脈沖(可窄到幾納秒)提供快速響應(yīng)。首置放大器輸出(VOUT)到脈沖幅度分析儀(如快速ADC)來測量和儲存每個(gè)峰值發(fā)生的數(shù)。分布是單個(gè)源的光譜。反饋電阻R1值取決于來自PIN光電二極管的最大電流和到ADC的最大輸出電壓。因此，R1=(MaxVOUT)/(MaxISIGNAL)。電容C1用于PIN光電二極管寄生電容的補(bǔ)償。R2和C2相當(dāng)于R1和C1用于補(bǔ)償放大器非倒相輸入的輸入偏置電流。

熱電耦接口電路

熱電偶根據(jù)兩個(gè)不同金屬線結(jié)點(diǎn)之間的溫度差提供電壓信號。熱電偶溫度傳感器具有一個(gè)感測端(金屬A/金屬B連接端)和一個(gè)參考端(金屬A和金屬B與銅導(dǎo)線連接端)。冷端參考溫度與熱電偶信號一道進(jìn)行控制和測量。熱電偶具有大約10mV/℃~80mV/℃的小信號電平范圍和小的源阻抗。配置成差分放大器的單放大器(圖5)把信號放大到ADC輸入所需的電平。差分放大器增益為：

AV=xR/R

其中x是電阻比，它決定增益。差分配置有助于抑制熱電偶線的共模拾取。放大器應(yīng)具有低失調(diào)電壓和低失調(diào)電壓漂移。

信號調(diào)理系統(tǒng)的最后級——ADC

信號調(diào)理系統(tǒng)的基本目標(biāo)是盡可能快速、完整和便宜地把模擬傳感器數(shù)據(jù)變換為數(shù)字形式，此任務(wù)就落在ADC身上。所用ADC的類型由一系列參數(shù)決定。這包括所需的分辨率(位數(shù))、速度(數(shù)據(jù)吞吐率)、ac或dc信號輸入、精度(dc和ac)、等待時(shí)間(取樣周期開始和第一個(gè)有效數(shù)字輸出之間的時(shí)間)和電源電平。在輸出端(接口到微控制器或數(shù)字信號處理器)的重要參數(shù)包括串行或并行、處理器的輸入電壓電平、有效的電源電壓和功耗考慮。

大多數(shù)信號調(diào)理應(yīng)用采用逐次逼近(SAR)或積分型ADC。這兩種ADC能很好地處理dc信號，而SAR型ADC對快速ac信號能提供更好的支持。SAR轉(zhuǎn)換器是所有ADC中最通用的，這種轉(zhuǎn)換器把高分辨率(高達(dá)

16位)和高吞吐能力結(jié)合在一起。

積分ADC具有長操作時(shí)間，這是因?yàn)樗棉D(zhuǎn)換方法的原因，但通過信號平均使其具有噪音低的特點(diǎn)。對于中頻ac信號，D-S轉(zhuǎn)換器是最好的選擇，因?yàn)樗鼈兙哂懈叻直媛屎透呔?。D-S轉(zhuǎn)換器分辨率高達(dá)24位，但以降低速度為代價(jià)，其等待時(shí)間非常長。其他兩類ADC—流水線和分段ADC是高速器件，非常適合用于轉(zhuǎn)換高頻ac信號。

第三篇：干涉型光纖擾動(dòng)傳感器信號調(diào)理電路的設(shè)計(jì)和仿真

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干涉型光纖擾動(dòng)傳感器信號調(diào)理電路的設(shè)計(jì)和仿真

作者：盛興 鄧大鵬 廖曉閩 張建成來源：《現(xiàn)代電子技術(shù)》2011年第04期

第四篇：ICP加速度傳感器調(diào)理電路設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)2

第二章

ICP加速度傳感器簡介

2.1 壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)與原理

2.1.1 壓電式加速度傳感器結(jié)構(gòu)

壓電式傳感器是由壓電效應(yīng)制作，其機(jī)構(gòu)原理圖如圖2.1所示，它是一種機(jī)電轉(zhuǎn)換式與自發(fā)電式的傳感器。它的感應(yīng)器件是采用壓電材料制成的。當(dāng)壓電材料受到力作用之后表面會產(chǎn)生一定量的電荷。電荷通過電荷放大器放大、測量電路放大和變換阻抗后就成為與所受外力成正比的電量輸出。它的優(yōu)點(diǎn)是信噪比很高、靈敏度高、頻帶較寬、重量較輕、結(jié)構(gòu)簡單、和工作性能可靠等。缺點(diǎn)則是某些壓電材料需要良好的防水防潮防有害氣體措施，而直流輸出響應(yīng)比較差，這就需要采用電荷放大器來克服這一條件，在缺少電荷放大器的情況下，也可以采用具有高輸入阻抗的電路來滿足要求。

圖2.1壓電式傳感器結(jié)構(gòu)原理圖

2.1.2 典型的電荷放大系統(tǒng)

除了在上面已經(jīng)提到了壓電式傳感器的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)外，它也有自己的缺點(diǎn)，那就是某些壓電材料需要良好的防潮措施，而且輸出的直流響應(yīng)差，所以一般都需要配套的放大器電路，圖2.2為典型的電荷放大測試系統(tǒng)。

圖2.2 典型電荷放大測試系統(tǒng)

在沖擊與振動(dòng)測試中應(yīng)用最為廣泛的就是壓電式加速度傳感器，但由于其壓敏元件具有非常高的阻抗，而且它產(chǎn)生的是微弱的電荷信號，因此需要將傳感器產(chǎn)生的高阻抗的輸出信號通過一個(gè)前置放大器轉(zhuǎn)換成低阻抗的信號。

常用的前置放大器可以分為電荷放大器和電壓放大器兩種。雖然電纜分布電容對電荷放大器的干擾不大，靈敏度不會受到太大影響，但是由于當(dāng)彎曲或者振動(dòng)電纜時(shí)，屏蔽層與絕緣體會因?yàn)榇嬖谙鄬σ苿?dòng)造成摩擦，產(chǎn)生靜電荷，從而產(chǎn)生電纜噪聲，同樣的道理，電纜芯線與絕緣體也會因此而對測試產(chǎn)生干擾。結(jié)構(gòu)簡單的電壓放大器盡管，穩(wěn)定性和線性度良好，電纜分布電容的存在會干擾電荷放大器，從而影響到靈敏度。這些情況都會給測試工作帶來較大麻煩，由此ICP傳感器應(yīng)運(yùn)而生[21]。

2.1.3 ICP傳感器測試系統(tǒng)

ICP（Integrated Circuits Piezoelectric）傳感器本質(zhì)就是內(nèi)置了集成電路電荷放大器的壓電傳感器。與前面所講的外部連接前置放大器的壓電傳感器相對比，它彌補(bǔ)了上述的不足。具有代表性的ICP傳感器測試系統(tǒng)通過恒流源供電，并且信號輸出線路直接與供電電纜相連接，輸出的信號為低阻抗形式的信號。整個(gè)測試系統(tǒng)包括ICP加速度傳感器，普通的雙芯電纜和一個(gè)能夠?yàn)閭鞲衅鬟B續(xù)供電的電源模塊。恒流源模塊為ICP傳感器供電，并從中讀取振動(dòng)信號，典型的ICP測試系統(tǒng)如圖2.3所示：

圖2.3典型的ICP測試系統(tǒng)

2.2 ICP傳感器的選型

ICP加速度傳感器有很多型號，每種型號都有自己適用的某種特定用途。為了使測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度更高，我們需要基于測試系統(tǒng)的適用要求，選擇最合適的ICP傳感器。一般來講，重量，靈敏度和頻率響應(yīng)是選擇ICP加速度傳感器最主要的參考因素。

2.2.1 重量

傳感器自身有質(zhì)量，附加在被測物體上，自然會影響其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。而如果ICP傳感器的質(zhì)量比較大，或者是被測物體的質(zhì)量比較小，是傳感器接近于被測物體的動(dòng)態(tài)質(zhì)量，那么被測物體的振動(dòng)就會由于受到干擾而有所減弱。對于有些被測物體，可能整體質(zhì)量非常大，但在安裝ICP加速度傳感器的部位，典型的比如一些薄壁結(jié)構(gòu)，傳感器的質(zhì)量已經(jīng)與結(jié)構(gòu)的局部質(zhì)量在一個(gè)數(shù)量級或者非常接近，這樣傳感器將會使局部運(yùn)動(dòng)狀態(tài)受到干擾和影響。因此，在工程實(shí)際中，傳感器的質(zhì)量ma需要遠(yuǎn)小于被測裝置傳感器安裝點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量m。

因?yàn)槭艿絺鞲衅髻|(zhì)量的干擾，被測裝置的振動(dòng)加速度a會有所減小，其減小的加速度△a可以使用下式進(jìn)行粗略計(jì)算: △a =a[1-m/(ma+m)]……………………………………………………(式2.1)

2.2.2 靈敏度

系統(tǒng)的信噪比、分辨率和抗干擾能力是與傳感器的靈敏度成正比的。就特定功能的傳感器來講，靈敏度與傳感器的重量成正比，與諧振頻率和量程成反比。因此靈敏度的選擇主要考慮這三個(gè)方面，即重量、量程和頻率響應(yīng)。此外，在滿足這三方面的要求下，我們還要考慮傳感器的靈敏度，當(dāng)然越高越好，這樣有利于提高系統(tǒng)的信噪比。2.2.3 頻率響應(yīng)特性

高頻響應(yīng)特性：ICP傳感器使用手冊給出的上限截止頻率為+10%頻響，粗略計(jì)算為安裝諧振頻率的1/3。在要求上限截止頻率誤差為+5%的情況下，大概為安裝諧振頻率的1/5。如果設(shè)置適當(dāng)?shù)男Ｕ禂?shù)，則在更高的頻率范圍內(nèi)依然能夠獲取非?？煽康臋z測數(shù)據(jù)。

低頻響應(yīng)特性：ICP傳感器使用手冊給出的下限截止頻率為-10%頻響?；鶓?yīng)變、內(nèi)置IC放大電路芯片的下限截止頻率和熱釋電效應(yīng)等環(huán)境特性決定ICP傳感器的低頻響應(yīng)特性。應(yīng)變片式ICP傳感器能夠響應(yīng)靜態(tài)信號。

2.3 ICP傳感器輸出信號的分析

ICP傳感器是由恒流源芯片供電，LM334芯片我們選中12V直流電對其供電，如圖2.4所示：

圖2.4 傳感器接線

圖2.4中，JP1和JP2處就可以接傳感器和引出傳感器的信號（ICP傳感器有兩根引線，它們即是給傳感器供電的線，同時(shí)也是傳感器信號的引出線），若還沒接上傳感器根據(jù)前面對于恒流源電路的分析，那么在JP1和JP2處可以用電流表檢測到4mA的電流，如果沒有檢測到，或者是不為4mA，那么這個(gè)恒流源的電路就沒有搭建好。對我們搭建好的電路進(jìn)行檢測，電流表的示數(shù)為4mA，證明我們所搭建的電路是正確的。查閱資料得知，這個(gè)時(shí)候JP1和JP2之間的電壓應(yīng)該為11V~12V之間，對我們的電路測一下，為11.5V，這是一個(gè)很重要的電壓，對于我們后續(xù)傳感器信號的識別是非常關(guān)鍵的。

再接上我們的ICP傳感器，將其接在JP1處，JP2作為我們信號的輸出引線段，接在示波器上觀察，開啟我們的振動(dòng)試驗(yàn)平臺，調(diào)節(jié)我們的示波器選著交流耦合方式（也就是濾掉直流分量，只檢測交流分量），觀察示波器同樣得到了一個(gè)正弦信號，信號的頻率和我們振動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺的激振頻率一樣。說明我們所設(shè)計(jì)的恒流源能夠使我們的ICP傳感器正常工作。再調(diào)節(jié)示波器選擇直流耦合（既測直流信號又測交流信號）觀察示波器發(fā)現(xiàn)，和有一個(gè)直流分量存在。查閱資料上面說ICP傳感器輸出的信號不是基于0V的一個(gè)信號輸出而是帶有9V左右的直流分量的，用電壓表測JP2兩端的電壓，測得一個(gè)9V的電壓。傳感器沒有檢測信號，只要接在了恒流源上面就會產(chǎn)生這樣的一個(gè)信號。示波器上觀察到如圖2.5所示：

圖2.5 ICP傳感器傳輸信號

第五篇：傳感器與信號處理

傳感器

一、名詞解釋

1．傳感器;能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)化成可用輸出信號的器件和裝置。

2．應(yīng)電效應(yīng)

某些電介質(zhì)在沿一定的方向上受到外力的作用而變形時(shí)，內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在其表面上產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力去掉后，又重新回到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。

3．壓阻效應(yīng)

4．霍爾效應(yīng)

金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中，當(dāng)有電流I通過時(shí)，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢UH，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。

5．熱電效應(yīng)

將兩種不同的導(dǎo)體A和B連成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)處的溫度不同時(shí)，回路中將產(chǎn)生熱電勢。

6．光電效應(yīng)

光電效應(yīng)是物體吸收到光子能量后產(chǎn)生相應(yīng)電效應(yīng)的一種物理現(xiàn)象。

二、填空題

1．傳感器通常由三部分組成。

2．按工作原理可以分為、。

3．誤差按出現(xiàn)的規(guī)律分、。

4．對傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài)的主要目的是檢測傳感器的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。

1．敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、測量電路

2．電容傳感器、電感傳感器、電阻傳感器、壓電式傳感器

3．系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、粗大誤差

4．標(biāo)定(或校準(zhǔn)或測試)

5．傳感器的過載能力是指傳感器在不致引起規(guī)定性能指標(biāo)永久改變的條件下，允許超過

6．傳感檢測系統(tǒng)目前正迅速地由模擬式、數(shù)字式，向

7．已知某傳感器的靈敏度為K0，且靈敏度變化量為△K0，則該傳感器的靈敏度誤差計(jì)算公式為

5．測量范圍

6．智能化

7．(△K0 / K0)×100%

8．電容式壓力傳感器是變

9．圖像處理過程中直接檢測圖像灰度變化點(diǎn)的處理方法稱為。

8．極距(或間隙)

9．微分法

10．目前應(yīng)用于壓電式傳感器中的壓電材料通常有、、。

11．根據(jù)電容式傳感器的工作原理，電容式傳感器有、12．熱敏電阻按其對溫度的不同反應(yīng)可分為三類、。

13．光電效應(yīng)根據(jù)產(chǎn)生結(jié)果的不同，通常可分為、三種類型。

14．傳感器的靈敏度是指穩(wěn)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下，輸出與輸入的比值。對線性傳感器來說，其靈敏度是。

10．壓電晶體、壓電陶瓷、有機(jī)壓電材料

11．變間隙型、變面積型、變介電常數(shù)型

12．負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）、正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）、臨界溫度系數(shù)熱敏電阻（CTR）

13．外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)

14．變化量、變化量、常數(shù)

15．用彈性元件和電阻應(yīng)變片及一些附件可以組成應(yīng)變片傳感器，按用途劃分用應(yīng)變式傳感器、應(yīng)變式傳感器等（任填兩個(gè)）。

16．采用熱電阻作為測量溫度的移時(shí)，為了得到較好的線性度和較好的靈敏度，應(yīng)該讓的距離小于。元件是將的測量轉(zhuǎn)換為的測量。

17．利用渦流式傳感器測量位

式電容傳感器

15．壓力加速度

16．溫度、電阻

17．線圈與被測物、線圈半徑

18．差動(dòng)

19．由光電管的光譜特性看出，檢測不同顏色的光需要選用不同的光電管，以便利用光譜特性的區(qū)段。

20．按熱電偶本身結(jié)構(gòu)劃分，有熱電偶、鎧裝熱電偶、21．硒光電池的光譜響應(yīng)區(qū)段與

19．光電陰極材料、靈敏度較高

20．普通、薄膜

21．人類

22．當(dāng)半導(dǎo)體材料在某一方向承受應(yīng)力時(shí)，它的發(fā)生顯著變化的現(xiàn)象稱為半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)。

23．磁敏二極管工作時(shí)加。

24．可以測量加速度的傳感器有

22．電阻率

23．正向、弱磁場

24．電容式傳感器、壓電式傳感器、電阻應(yīng)變式傳感器18．空氣介質(zhì)變隙式電容傳感器中，提高靈敏度和減少非線性誤差是矛盾的，為此實(shí)際中大都采用

三、選擇題

1．電阻應(yīng)變片的初始電阻數(shù)值有多種,其中用的最多的是（B）。

A 60ΩB 120ΩC 200ΩD 350Ω

2．電渦流式傳感器激磁線圈的電源是（C）。

A 直流B 工頻交流C 高頻交流D 低頻交流

3．變間隙式電容傳感器的非線性誤差與極板間初始距離d0之間是（C）。

A 正比關(guān)系B 反比關(guān)系C 無關(guān)系

4．單色光的波長越短，它的（A）。

A 頻率越高，其光子能量越大B 頻率越低，其光子能量越大

C 頻率越高，其光子能量越小D 頻率越低，其光子能量越小

5．熱電偶可以測量（C）。

A 壓力B 電壓C 溫度D 熱電勢

6．光敏電阻適于作為（B）。

A 光的測量元件B 光電導(dǎo)開關(guān)元件C 加熱元件D 發(fā)光元件

7．目前我國使用的鉑熱電阻的測量范圍是（D）。

A-200～850℃B-50～850℃

C-200～150℃D-200～650℃

8．下列被測物理量適合于使用紅外傳感器進(jìn)行測量的是（C）

A．壓力B．力矩C．溫度D．厚度

9．屬于傳感器動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)的是（D）

A．重復(fù)性B．線性度C．靈敏度D．固有頻率

10．按照工作原理分類，固體圖象式傳感器屬于（A）

A．光電式傳感器B．電容式傳感器

C．壓電式傳感器D．磁電式傳感器

11．測量范圍大的電容式位移傳感器的類型為（D）

A．變極板面積型B．變極距型

C．變介質(zhì)型D．容柵型

12．利用相鄰雙臂橋檢測的應(yīng)變式傳感器，為使其靈敏度高、非線性誤差?。–）

A．兩個(gè)橋臂都應(yīng)當(dāng)用大電阻值工作應(yīng)變片

B．兩個(gè)橋臂都應(yīng)當(dāng)用兩個(gè)工作應(yīng)變片串聯(lián)

C．兩個(gè)橋臂應(yīng)當(dāng)分別用應(yīng)變量變化相反的工作應(yīng)變片

D．兩個(gè)橋臂應(yīng)當(dāng)分別用應(yīng)變量變化相同的工作應(yīng)變片

13．影響壓電式加速度傳感器低頻響應(yīng)能力的是（D）

A．電纜的安裝與固定方式B．電纜的長度

C．前置放大器的輸出阻抗D．前置放大器的輸入阻抗

14．將電阻R和電容C串聯(lián)后再并聯(lián)到繼電器或電源開關(guān)兩端所構(gòu)成的RC吸收電路，其作用是（D）

A．抑制共模噪聲B．抑制差模噪聲

C．克服串?dāng)_D．消除電火花干擾

四、問答題

1．傳感器有哪些組成部分？在檢測過程中各起什么作用？

1．答：傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件及測量電路三部分組成。

各部分在檢測過程中所起作用是：敏感元件是在傳感器中直接感受被測量，并輸出與被測量成一定聯(lián)系的另一物理量的元件，如電阻式傳感器中的彈性敏感元件可將力轉(zhuǎn)換為位移。轉(zhuǎn)換元件是能將敏感元件的輸出量轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測量的電參量的元件，如應(yīng)變片可將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻量。測量電路可將傳感元件輸出的電參量轉(zhuǎn)換成易于處理的電量信號。

5.熱電阻傳感器有哪幾種？各有何特點(diǎn)及用途？

5.答：熱電阻可分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻兩類。前者稱為熱電阻，后者稱為熱敏電阻。以熱電阻或熱敏電阻為主要器件制成的傳感器稱為熱電阻傳感器或熱敏電阻傳感器。

熱電阻傳感器主要是利用電阻隨溫度變化而變化這一特性來測量溫度的。

熱敏電阻按其對溫度的不同反應(yīng)可分為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）、正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）和臨界溫度系數(shù)熱敏電阻（CTR）三類，7.電阻應(yīng)變傳感器主要由哪幾部分組成？

8.概述電渦流式傳感器的工作原理。

9．電容式傳感器有什么主要特點(diǎn)？可用于哪些方面的檢測？

9．答：電容式傳感器具有以下特點(diǎn)：功率小，阻抗高，動(dòng)態(tài)特性良好，具有較高的固有頻率和良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性；可獲取比較大的相對變化量；能在比較惡劣的環(huán)境條件下工作；可進(jìn)行非接觸測量；結(jié)構(gòu)簡單、易于制造；輸出阻抗較高，負(fù)載能力較差；寄生電容影響較大；輸出為非線性。

電容式傳感器可用于直線位移、角位移、尺寸、液體液位、材料厚度的測量。

10． 根據(jù)工作原理可將電容式傳感器分為哪幾種類型？各自用途是什么？

10． 答：根據(jù)電容式傳感器的工作原理，電容式傳感器有三種基本類型，即變極距(d)型（又稱變間隙型）、變面積(A)型和變介電常數(shù)(ε)型。變間隙型可測量位移，變面積型可測量直線位移、角位移、尺寸，變介電常數(shù)型可測量液體液位、材料厚度。

11．常用壓電材料有那幾種？

11．答：應(yīng)用于壓電式傳感器中的壓電材料通常有三類：一類是壓電晶體，另一類是經(jīng)過極化處理的壓電陶瓷，；第三類是有機(jī)壓電材料。

12．霍爾電動(dòng)勢的大小、方向與哪些因素有關(guān)？

12．答：霍爾電動(dòng)勢的大小正比于激勵(lì)電流I與磁感應(yīng)強(qiáng)度B，且當(dāng)I或B的方向改變時(shí)，霍爾電動(dòng)勢的方向也隨著改變，但當(dāng)I和B的方向同時(shí)改變時(shí)霍爾電動(dòng)勢極性不變。

13．試說明熱電偶的測溫原理。

13．答：兩種不同材料構(gòu)成的熱電變換元件稱為熱電偶，導(dǎo)體稱為熱電極，通常把兩熱電極的一個(gè)端點(diǎn)固定焊接，用于對被測介質(zhì)進(jìn)行溫度測量，這一接點(diǎn)稱為測量端或工作端，俗稱熱端；兩熱電極另一接點(diǎn)處通常保持為某一恒定溫度或室溫，稱冷端。熱電偶閉合回路中產(chǎn)生的熱電勢由溫差電勢和接觸電勢兩種電勢組成。熱電偶接觸電勢是指兩熱電極由于材料不同而具有不同的自由電子密度，在熱電極接點(diǎn)接觸面處產(chǎn)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象；擴(kuò)散的結(jié)果，接觸面上逐漸形成靜電場。該靜電場具有阻礙原擴(kuò)散繼續(xù)進(jìn)行的作用，當(dāng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，在熱電極接點(diǎn)處便產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定電勢差，稱為接觸電勢。其數(shù)值取決于熱電偶兩熱電極的材料和接觸點(diǎn)的溫度，接點(diǎn)溫度越高，接觸電勢越大。

14．光電效應(yīng)有哪幾種類型？與之對應(yīng)的光電元件各有哪些？簡述各光電元件的優(yōu)缺點(diǎn)。

14．答：光電效應(yīng)根據(jù)產(chǎn)生結(jié)果的不同，通?？煞譃橥夤怆娦?yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)三種類型。

15．抑制干擾有哪些基本措施？

15．答：第一，消除或抑制干擾源。

第二，破壞干擾途徑。

第三，削弱接收電路對干擾信號的敏感性。